محصول کوره ذوب آهن ، چدن است که معمولا دارای ناخالصی کربن و مقادیر جزئی ناخالصی‌های دیگر است که به نوع سنگ معدن و ناخالصی‌های همراه آن و همچنین به چگونگی کار کوره بلند ذوب آهن بستگی دارد. از آنجایی که مصرف عمده آهن در صنعت بصورت فولاد است، از این رو ، باید به روش مناسب چدن را به فولاد تبدیل کرد که در این عمل ناخالصی‌های کربن و دیگر ناخالصی‌ها به مقدار ممکن کاهش یابند.
روشهای تهیه فولاد
روش بسمه:
در این روش ناخالصی‌های موجود در چدن مذاب را به کمک سوزاندن در اکسیژن کاهش داده و آن را به فولاد تبدیل می‌کنند. پوشش جدار داخلی کوره بسمه از سیلیس یا اکسید منیزیم و گنجایش آن در حدود 15 تن است. نحوه کار کوره به این ترتیب است که جریانی از هوا را به داخل چدن مذاب هدایت می‌کنند، تا ناخالصی‌های کربن و گوگرد به صورت گازهای SO2 و CO2 از محیط خارج شود و ناخالصی‌های فسفر و سیلیس موجود در چدن مذاب در واکنش با اکسیژن موجود در هوا به صورت اکسیدهای غیر فرار P4O10) و (SiO2 جذب جدارهای داخلی کوره شوند و به ترکیبات زودگداز Mg3(PO4)2 و MgSiO3 تبدیل و سپس به صورت سرباره خارج شوند. سرعت عمل این روش زیاد است، به همین دلیل کنترل مقدار اکسیژن مورد نیاز برای حذف دلخواه ناخالصی‌های چدن غیرممکن است و در نتیجه فولاد با کیفیت مطلوب و دلخواه را نمی‌توان به این روش بدست آورد.
روش کوره باز (یا روش مارتن(
در این روش برای جدا کردن ناخالصی‌های موجود در چدن ، از اکسیژن موجود در زنگ آهن یا اکسید آهن به جای اکسیژن موجود در هوا در روش بسمه (به منظور سوزاندن ناخالصی‌هایی مانند کربن ، گوگرد و غیره) استفاده میشود. برای این منظور از کوره باز استفاده میشود که پوشش جدار داخلی آن از MgO و CaO تشکیل شده است و گنجایش آن نیز بین 50 تا 150 تن چدن مذاب است. حرارت لازم برای گرم کردن کوره از گازهای خروجی کوره و یا مواد نفتی تأمین میشود. برای تکمیل عمل اکسیداسیون ، هوای گرم نیز به چدن مذاب دمیده میشود. زمان عملکرد این کوره طولانی‌تر از روش بسمه است. از این نظر می‌توان با دقت بیشتری عمل حذف ناخالصی‌ها را کنترل کرد و در نتیجه محصول مرغوب‌تری به دست آورد.
روش الکتریکی
از این روش در تهیه فولادهای ویژه‌ای که برای مصارف علمی و صنعتی بسیار دقیق لازم است، استفاده میشود که در کوره الکتریکی با الکترودهای گرافیت صورت می‌گیرد. از ویژگی‌های این روش این است که احتیاج به ماده سوختنی و اکسیژن ندارد و دما را می‌توان نسبت به دو روش قبلی ، بالاتر برد.
این روش برای تصفیه مجدد فولادی که از روش بسمه و یا روش کوره باز بدست آمده است، به منظور تبدیل آن به محصول مرغوبتر ، بکار می‌رود. برای این کار مقدار محاسبه شده‌ای از زنگ آهن را به فولاد به دست آمده از روشهای دیگر ، در کوره الکتریکی اضافه کرده و حرارت می‌دهند. در این روش ، برای جذب و حذف گوگرد موجود در فولاد مقدار محاسبه شده‌ای اکسید کلسیم و برای جذب اکسیژن محلول در فولاد مقدار محاسبه شده‌ای آلیاژ فروسیلیسیم (آلیاژ آهن و سیلیسیم) اضافه می‌کنند.
انواع فولاد و کاربرد آنها
از نظر محتوای کربن ، فولاد به سه نوع تقسیم میشود:
فولاد نرم : این نوع فولاد کمتر از 2/0 درصد کربن دارد و بیشتر در تهیه پیچ و مهره ، سیم خاردار و چرخ دنده ساعت و ... بکار می‌رود.
فولاد متوسط : این فولاد بین 2/0تا 6/0 درصد کربن دارد و برای تهیه ریل و راه آهن و مصالح ساختمانی مانند تیرآهن مصرف میشود.
فولاد سخت : فولاد سخت بین 6/0 تا 6/1 درصد کربن دارد که قابل آب دادن است و برای تهیه فنرهای فولادی ، تیر ، وسایل جراحی ، مته و ... بکار می‌رود.
نگاهی به وضعیت تولید و مصرف فولاد و دیرگداز
بر اساس آمار جهانی در سال 2000، میزان مصرف مواد دیرگداز در صنعت فولاد، 25 کیلوگرم به ازای تولید هر تن فولاد بود که این مقدار روزبهروز کاهش می‌یابد. در عین حال از 20 سال گذشته تاکنون تولید فولاد در جهان سالانه بین 820 تا 870 میلیون تن بوده است و طبق پیش‌بینی‌های انجام شده تا سال 2010 مقدار تولید تفاوت زیادی با این اعداد نخواهد داشت. نکته قابل توجه، کاهش مصرف دیرگداز و در عین حال رشد بسیار کم تولید سالانه فولاد است. در ذیل نگاهی به روند تغییرات صنعت فولاد خواهیم داشت
تحولات اقتصادی صنعت فولاد
انستیتوی بین‌الملی آهن و فولاد در سال 2002، تصویر کلی از موقعیت 30 ساله صنعت فولاد را در قالب شکل و نمودار ارایه داد. طبق این داده‌ها، تولید جهانی فولاد، از 600 میلیون تن در سال 1970 به 800 میلیون تن در سال 2001 افزایش یافت. افزایش میزان تولید سالانه همراه با افزایش تعداد کشورهای تولیدکننده بود. البته لازم به ذکر است که در طی دوره افزایش تولید، بازار جهانی ظرفیت رشد سالانه 10 درصدی یعنی 60 میلیون تن را داشت و لذا نتیجه آن شد که افزایش 250 میلیون تنی تولید، فضای رقابتی شدیدی را برای کاهش قیمت‌ها در بین تولیدکنندگان بوجود آورد.
درسال‌های 1970 تا 2001، تناژ تولید فولادسازان، اروپا، ژاپن و آمریکای شمالی از 200 میلیون تن در سال به 600 میلیون تن در سال افزایش یافت و مجموع شاغلین از این صنعت از 2/2 میلیون نفر در سال 1975 به 840 هزار نفر در سال 2001 کاهش یافت.
تولیدکنندگان از یک سو با فشار رقابت میان تولیدکنندگان و از سوی دیگر با فشارهایی که از سوی مصرف‌کنندگان وارد میشد (که به سمت استفاده از مواد جایگزین مانند آلومینیوم و پلاستیک حرکت می‌کردند) مواجه بودند.
تغییرات ساختاری
با حذف موانع جهانی شدن تجارت، بازار فولاد نیز گسترش یافت. به گونه‌ای که سهم صادرات کشورها از تولید فولاد آنها به دو برابر افزایش یافت. به عنوان مثال، به طور متوسط در دهه 70، 20 درصد فولاد تولیدی کشورها صادر میشد، اما در سال 2000، متوسط صادرات محصولات فولاد کشورهای جهان به 40 درصد رسید. همچنین سهم تولید جهانی 10 شرکت بزرگ تولیدکننده فولاد جهان از 12 درصد در سال‌های 81-1980 به 20 درصد در سال 1990-91 و به 25 درصد در سال‌های 2001-2000 افزایش یافت.
علاوه بر اینها در طی سال‌های 1970 تا 2000، بسیاری از شرکت‌های بزرگ به صورت شرکت‌های چندملیتی تغییر ساختار دادند. برخی از شرکت‌های چندملیتی جدید با رویکرد به محصولات جدید و برخی دیگر با تمرکز روی هسته رقابتی قبلی خود (فولاد) به کار ادامه دادند. اما این تغییرات ساختاری، تغییری در مصرف مواد دیرگداز بوجود نیاورد. برخی شرکت‌های چندملیتی پس از تشکیل، رویکردهای جدیدی را دنبال کردند که از آن جمله می‌توان به روند واگذاری برخی مراحل تولید به سایر تولیدکنندگان اشاره کرد. همچنین توانستند ضرباتی به بازار خرید و فروش مواد دیرگداز وارد آوردند.
تولید ماده ای به مراتب مستحکم‌تر و سبکتر از فولاد
کار با ماده‌ای که ده برابر سبکتر از فولاد و در عین حال 250 برابر مستحکم‌تر باشد، می‌تواند رویایی برای هر مهندس باشد. اگر این ماده هادی بسیار خوب الکتریسیته یا حرارت نیز باشد، دیگر وجود آن بیشتر به داستان‌های علمی تخیلی شباهت پیدا می‌کند. با این حال، مرکز پیشرفته فناوری‌های کامپوزیتی فلوریدا (FAC2T)، که یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه ایالتی فلوریدا میباشد، در حال توسعه چنین ماده‌ای برای استفاده‌های واقعی است.
وانگ، پروفسور مهندسی صنعتی دانشکده مهندسی FSU در دانشگاه A&M فلوریدا، مدیر این گروه (FAC2T) است که در زمینه توسعه مواد کامپوزیتی با قابلیت بالا، و روشهای ساخت چنین کامپوزیت‌هایی فعالیت می‌کند.